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大功率激光二极管端面泵浦Nd:YVO_4固体激光器的研究

高明义  
【摘要】: 激光二极管泵浦的固体激光器(DPSSL)具有效率高、稳定性好、体积小、重量轻、寿命长、光束质量好等优点,并可制成集成化的产品,在军事、医疗、通信、加工和科学研究中得到广泛的应用。激光二极管端面泵浦固体激光器相对侧面泵浦固体激光器具有模式匹配好、激光阈值低、效率高等优点;同时掺钕钒酸钇晶体(Nd:YVO_4)具有发射截面大、吸收带宽宽、吸收系数大、上能级寿命短以及输出激光为偏振光等优点;因此,用激光二极管端面泵浦Nd:YVO_4晶体,可实现更高的泵浦效率,更佳的波长匹配和模式匹配,以及在更宽的温度范围内实现高重复频率运转。本论文报道了大功率激光二极管端面泵浦Nd:YVO_4固体激光器的研究。在泵浦功率为28.77W时,获得了18.16W的TEM_(00)模1064nm激光输出。 论文的主要内容如下: 1.首先介绍激光二极管泵浦固体激光器(DPSSL)的泵浦方式,接着介绍其研究热点、应用领域和研究进展,最后介绍LD端面泵浦Nd:YVO_4固体激光器的研究意义及其研究现状。 2.在理论上对大功率LD端面泵浦固体激光器的激光输出特性和热效应等进行了较深入的研究。特别是对诸如Nd:YVO_4等热学各向异性激光介质热效应的研究中,充分考虑下列实际情况:(1)激光介质通光面为方形;(2)泵浦光为高斯光束;(3)泵浦光只作用于部分通光面(即边界条件为圆形);(4)晶体侧面为热沉的实际冷却温度。在这些实际情况的基础之上,利用MATLAB程序语言,以Nd:YVO_4为例,对各向异性激光介质的热传导方程进行了精确的数值计算,得出了介质中各点的温度及温度分布,从而定量地研究热透镜效应和热致双折射效应等,对设计热稳腔、提高激光器的输出功率、稳定性及光-光转换效率等有重要的作用。 3.对大功率激光二极管端面泵浦Nd:YVO_4固体激光器进行了实验研究,在LD尾纤输出光功率为28.77W时,得到18.16W的TEM_(00)1064nm激光输出。 光光转换效率为:(1)如果定义1064nm激光输出功率与激光二极管尾纤输 出功率的比值为光一光转换效率,当1064nm激光输出功率为18.16w时,光 一光转换效率63.1%。(2)如果定义1064nm激光输出功率与经过光学藕合 系统后泵浦光功率比值为光一光转换效率,当1064nm激光输出功率为 18.16w时,光一光转换效率为70.34%。(3)如果定义1064nn飞激光输出功率 与入射到Nd:YVO;品体中的泵浦光功率比值为光一光转换效率(本项目研究 所用Nd:YvO4品体通光面的SO8nmo光和e光的反射率分别为:2.5507和 2.146,计算中使用的折射率参数为:2.146),则当1064nm激光输出功率为 18.16W时,光一光转换效率为75.59%。


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